以高速高精度运动控制技术为例,说明高级控制器技术是一个紧密耦合的技术学科群。作为高端数控技术,技术创新系统应该具有技术链的完整性,所以我们称这样的技术创新系统为“技术创新平台”。这样一个技术创新平台的建设投入是巨大的。以日本FANUC公司为例,该公司技术领先,产量居世界第一。公司现有员工3674人,科研人员600多人,月生产能力7000套。其销售额占世界市场的50%,其R&D投资占销售额的10%,每年的研发支出高达数亿美元。显然,在我国现有的科研条件下,依靠一个企业或单位来支撑上述平台是非常困难的。只有通过包括高校等研究机构在内的以产业链和技术联盟为内部纽带的企业技术创新联盟,整合技术资源,形成新型的产学研创新组织,在国家相关政策的支持和引导下,实现相关技术紧密耦合的创新技术平台,才能实现技术跨越。
充分利用通用技术领域的新技术手段,把握数控核心技术的发展趋势,有所为有所不为。处于落后竞争状态的中国装备控制器行业,必须充分利用新的技术手段,把握数控技术的发展方向,根据自身实际情况有所为,形成后发优势,加快技术进步步伐,实现赶超跨越。
首先,要明确我国数控技术的发展方向。西门子数控系统对中国的出口限制可以给我们启示。这些功能大多被认为直接影响欧洲装备的核心竞争力。
通过对以上功能的分析,我们可以总结出高端控制器的几个重要技术发展方向:1)复杂运动规律控制技术。上表中的螺旋插补2D+6、5轴加工包和多轴插补(> 4轴)都属于这个技术方向。复杂轮廓和曲线的运动控制属于数控基础技术,也是工艺装备的现实需求。尤其是五轴加工控制技术,这是复杂曲面加工的基础支撑技术。该技术是与航空航天制造、武器装备制造、电力设备制造相关的关键技术。
2)多轴耦合运动控制。上述特征反映在运输(机器人)转换包、位置控制循环中的1D/3D间隙控制、悬垂补偿、多维、主动数值耦合和曲线列表插值、电子齿轮单元、连续校正和测量级别2中。上述功能的共同特点是,一个坐标轴的运动不再由规划好的轨迹执行,而是与其他轴的运动或逻辑量有一定的耦合或配合关系,即在实时插补过程中也引入了其他控制因素。显然,以上功能是复杂设备所必需的,是对经典插补运动控制的重要补充。
3)开放式结构。“开放式结构数控核心编译循环”和“同步运行”就属于这个技术方向。“开放架构NC核心编译周期”引擎支持用户在系统中添加自己的控制功能,它可以按照指定的执行频率定期执行。而“同步操作”就是用户以高级语言的形式约定执行条件和动作。这两个功能分别体现了控制系统在不同层面的开放性,一个是执行引擎的开放性,一个是用户语言层面的开放性。这种技术显然有利于主机厂对工艺要求的快速响应。它将自己的专有技术集成到控制器中,结合自己的特点对控制器进行二次开发,大大扩展了控制器的控制能力。
4)与伺服控制技术的集成。“内部驱动变量的评估”属于这个技术方向。伺服装置的性能直接影响整个数控系统的控制性能和整个设备的性能。因此,伺服驱动相关技术已经成为高端控制器技术群的重要基础。由于嵌入式伺服驱动系统的特点、计算资源、存储资源和人机交互能力的限制,伺服系统参数的可视化和优化需要由上位数字控制器来实现。因此,控制器技术与伺服驱动技术的融合已经成为数控技术发展的一个重要方向。这个技术特点可以通过很多控制器产品来证明。
以上四个技术方向对于数字设备的进步非常重要。中国的数控技术基本上在以上几个方向都有很大的差距,应该是我们努力的方向。
中国数控技术的进步和发展,除了技术难题之外,还需要国家政策的鼓励和支持,需要制造设备厂商的支持。特别是要解决第一套应用示范项目。一方面量化了国内外数控技术水平的差异,明确了国产控制器的努力方向;另一方面,为打破进口品牌神话,为国产品牌数控产品的应用和推广提供机遇,以华中数控、广汽数控、沈阳数控、大连数控、钟奇数控等企业为代表的中国数控机床行业由“以技术引进、消化吸收为主”转变为“以自主创新为主”。